что такое продольный профиль реки

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЙ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ РЕК

Регулирование русел — Принципы формирования русел рек

При проектировании берегоукреплений на реках важно знать теоретические принципы формирования русел рек и законы их динамического изменения во времени.

1 ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ

Продольный профиль реки в общем случае представляет собой кривую, обращенную выпуклостью вниз. Плавность этой кривой нарушается периодическими перекатам, которые образуются из-за выходов на поверхность твердых неразмываемых пород. От истока реки к устью уклон дна постепенно уполаживается, и снижается скорость воды, но растет ее расход. В верховьях реки имеют место высокие скорости воды, которые приводят здесь к интенсивной эрозии — размыву русла и образованию массива наносов (взвешенных и влекомых). По длине реки скорости воды снижаются, что приводит к уменьшению частиц наносов, которые река еще может переносить вниз по течению. Таким образом, малые скорости воды в низовьях ведут к аккумуляции — осаждению наносов, размытых в верховьях. Весь этот процесс постепенно изменяет продольный профиль реки — в верховьях уклон дна ещё больше увеличивается, а в низовьях — еще больше уполаживается (рисунок 1).

Рисунок 1 — Продольный профиль речного русла

В межень перекаты усиленно размываются. Это происходит из-за того, что из-за малых глубин здесь имеют место большие скорости потока. С наступлением половодья или паводка происходит принципиальное изменение процесса руслоформирования: плёсы ещё сильнее размываются, а смытые с них наносы намываются на перекатах.

2 ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛЬ

Поперечный профиль реки, также, как и продольный профиль, зависит от конкретного участка реки (рисунок 2):

– в верховьях: ущелье;

– в среднем течении: пойма с одной или несколькими террасами

– в низовьях, ближе к устью: в древнем конусе выноса с несколькими протоками, часто с возвышением над окружающей долиной.

Рисунок 2 — Характерные поперечные профили русел рек

а — верховья, б — среднее течение, в — низовья

3 КРИВОЛИНЕЙНОСТЬ РУСЛА

На излучинах реки происходит изменение движения наносов — их поток переходит от выпуклого берега к вогнутому.

Происходящие в периоды половодий и паводков размывы плёсов имеют особенную интенсивность у вогнутых берегов. Это происходит из-за образования здесь повышенных скоростей, вызываемых так называемым свалом течения — с переката на плёс. При этом стрежень реки (линия вдоль реки с максимальной скоростью течения) меняет направление в сторону вогнутого берега (рисунок 3), дно которого и начинает интенсивно размываться. В результате дно у вогнутого берега углубляется, а у выпуклого — мелеет.

В целом весь этот процесс является следствием поперечной циркуляции потока, возникающей на поворотах реки: поверхностные слои воды движутся к вогнутому берегу, а донные — к выпуклому.

Одним из следствий описанной механики движения наносов и воды является тот важный факт, что криволинейные участки рек всегда более устойчивы, чем прямолинейные. С течением времени криволинейность русла на каждом конкретном участке все более увеличивается — вплоть до появления ярко выраженных S-образных кривых (петель). В конце концов края двух соседних S-образных участков касаются друг друга, они сливаются в новое русло с увеличившимся уклоном, после чего весь процесс начинается заново.

Рисунок 3 — Стрежень на излучине реки

4 НАНОСЫ

Если насыщенный наносами поток воды имеет мутность ρ (греческая буква «ро») больше некоторого предельного значения (ρ > ρ_пред), то происходит выпадение наносов на дно, его заиление и подъем. Если ρ

Источник

Продольный профиль реки

С течением времени река вырабатывает свой собственный продольный профиль, который соответствует уклону речной долины, составу горных пород, по которой она протекает, и водности реки.

Продольный профиль реки― это график изменения отметок дна и водной поверхности по длине реки от истока (устья). При построении графика на горизонтальной оси откладывают расстояние по длине реки, на вертикальной — абсолютные или условные отметки дна (обычно по линии наибольших глубин) и уровня воды.

Продольный профиль реки характеризует изменение уклонов ее дна (или водной поверхности) вдоль по течению реки. Разность отметок дна (водной поверхности) на каком-либо ее участке называется падением (∆ H), а разность отметок истока и устья реки составляет полное падение реки.

Для характеристики крутизны продольного профиля реки используют понятие ― продольный уклон i — отношение падения к длине реки (участка): i=DH/l. Уклон выражается в относительных величинах (в долях единицы) или в промилле (‰).

Продольный профиль реки очень близок по очертанию к продольному профилю самой речной долины. В своем развитии он проходит ряд стадий: 1) стадию юности и ранней молодости, 2) стадию зрелости и 3) стадию поздней зрелости.

В стадии юности и ранней молодости продольный профиль недостаточно выработан, имеет резкие перепады, изломы в местах выхода твердых пород. На таких участках возникают пороги, порожистые участки, водопады. Интенсивно происходят процессы размыва. Постепенно профиль принимает такую форму, при которой сопротивление воды становится наименьшим. При этом огромную роль играет базис эрозии (уровень главной реки, озера или моря). С понижением базиса эрозии усиливается размыв дна русла, а с его повышением ― замедляется.

С течением геологического времени базис эрозии стремится к устойчивому положению, процессы выравнивания продольного профиля начинают постепенно замедляться. Течение становится более спокойным. Процесс формирования продольного профиля вступает в стадию зрелости.

В стадии поздней зрелостипроцесс выравнивания продольного профиля достигает так называемого состояния равновесия между эрозией (размывом), переносом и аккумуляцией (отложением). Продольный профиль реки становится более устойчивым и принимает плавновогнутую устойчивую форму, которая называется профилем равновесия.

Указанная схема развития продольного профиля, опирающаяся на работы геоморфолога Девиса, является весьма общей, отражающей медленные многовековые деформации при фиксированном положении базиса эрозии. Но для всех стадий развития продольного профиля реки свойственно характерное расположение участков размыва, переноса и отложения материала, а именно: в верховье обычно преобладает размыв и врезание русла, в среднем течении ― транзит наносов, а в нижнем ― их аккумуляция.

В зависимости от характера распределения уклонов вдоль по реке можно выделить четыре основных типа продольных профилей (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Типы продольных профилей рек

1. Плавновогнутый, или профиль равновесия — наиболее распространенный; он характеризуется вогнутой кривой гиперболического вида, более крутой в истоках реки и пологой ближе к устью.

2. Прямолинейный, характеризующийся относительно равномерными уклонами на всем протяжении реки; наблюдается главным образом у малых рек.

3. Сбросовый, или выпуклый, имеющий малые уклоны в верховьях и большие в нижнем течении реки; встречается редко и характерен для рек Карельской АССР и Кольского полуострова.

4. Ступенчатый, образующийся при наличии ряда хорошо выраженных промежуточных базисов эрозии, в виде встречаемых иногда рекой трудно поддающихся размыву горных пород или в форме котловин проточных озер или водохранилищ.

Если рассматривать продольный профиль реки более детально, то на самом деле он представляет собой сложную кривую. При этом продольный профиль дна реки изменяется относительно мало, однако продольный профиль водной поверхности изменяется вместе с изменением водности реки во время половодий и паводков.

Дата добавления: 2016-03-04 ; просмотров: 3222 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Поперечный и продольный профили реки

Русло реки Размеры и форма русла сильно меняются по длине реки в зависимости от водности реки, строения долины, характера пород, слагающих русло. Морфологические особенности русла могут быть охарактиризованы при помощи плана русла с нанесенными на нем изобатами, или горизонталями, и поперечного профиля русла.

Сечение русла вертикальной плоскостью, перпендикулярной к направлению течения, называется водным сечением потока. Часть площади водного сечения, где наблюдаются скорости течения, называется площадью живого сечения. Та же часть площади водного сечения, где скорости течения практически отсутствуют, называется площадью мертвого пространства.

В живом сечении потока различают площадь живого сечения ω (км 2 ) и смоченный периметр χ(м), представляющий собой длину линии, ограничивающей смоченную часть живого сечения. Отношение величины площади живого сечения к смоченному периметру называется гидравлическим радиусом R.Таким образом, R = ω / χ.Отношение величины площади живого сечения к ширине реки Bназывается средней глубиной h живого сечения, или h = ω/B.

Продольный профиль реки характеризует изменение по длине потока отметок дна и свободной поверхности воды. Линия дна по продольном профиле всегда волнистая вследствие чередования глубоких и мелких мест в русле реки. Линия же продольного профиля водной поверхности носит сравнительно плавный характер. При вычерчивании продольного профиля вертикальный и горизонтальный масштаб даются разные, так как разность высот истока и устья во много раз меньше длины реки.

Обычно продольные профили строят по линии наибольших глубин. На продольном профиле показывают: линию дна реки по фарватеру; меженный уровень воды; максимальный уровень воды; линии правого и левого берегов; перекаты (перевалы), пороги, места впадения притоков; водомерные посты, реперы, мосты, плотины.

Для общей оценки уклона реки введено понятие «среднего взвешенного уклона» I (%о), представляющего собой условный выравненный уклон ломаного профиля, эквивалентный сумме частных средних уклонов продольного профиля водотока.

где, l_i –частных участков продольного профиля между точками перегибов, км; L – гидрографическая длина водотока до пункта наблюдений, км; I _i– частные средние уклоны отдельных участков продольного профиля водотока, %о.

Профили отдельных рек, естественно, носят различный характер в зависимости от уклона долины, литологического состава пород в русле и на водосборе, гидологическог режима стока воды и наносов, положения русла в плане и других факторов.

Установлены следующие типы продольных профилей дна рек:

1. Вогнутый с уменьшением уклона дна от истока к устью реки.

3. Выпуклый при увеличении уклона дна от истока к устью реки.

Перестройка продольного профиля в большинстве случаев сопровождается глубинной и плановой (боковой ) эрозией.

На поперечном профиле показывют: дно или ложе – самая низкая часть на поперочном профиле (подводная часть русла); уреза воды (правый и левый) – линия пересечения поверхности воды в русле с берегом ( глубина воды равна нулю); берег-надводная часть русла (правый и левый ) выше уреза воды; бровка – линия сопряжения берега с дном русла; глубина русла (h) – расстоянние по вертикали от дна до уровня воды; высота берега – превышение его бровки над урезом воды; ширина русла (L) – расстояние между бровками берегов.

Причины, вызывающие разность в уровнях у противоположных берегов, заключаются в следующем. Русло реки никогда не бывает прямолинейным. При движении воды на участке с закруглением развивается центробежная сила. Степень кривизны русла характеризуется так называемым радиусом кривизны, представляющим собой радиус окружности дуга которой совпадает с кривой, изображающей очертания русла на данном участке. Центр окружности называется центром кривизны. Каждая частица воды, движущаяся на закруглении, испытывает действие центробежной силы, направленной по радиусу кривизны (рис.7).

Величина этой силы

(1)

Равнодействующая обеих сил Р образует некоторый угол a с вертикально направленным вектором, изображающим силу f.

Рис. 7. Действие центробежной силы на водную поверхность на изгибе.

(2)

или, так как 2 w = 0.0001458,

Источник

Продольный профиль реки.

продольный профиль реки. Это профиль водной поверхности реки при меженном (низком) уровне от истока до устья (базиса эрозии).

Рис. 6.2. Продольные профили рек: выработанный (А) и невыработанный (Б)

То есть количество переносимых рекой наносов соответствует ее транспортирующей способности. Невыработанный продольный профиль часто является крутым, с уступами и водопадами. Такой профиль характерен для многих горных рек, особенно врезающихся. Продольные профили равнинных рек обычно пологие и близки равновесным, и лишь на отдельных участках, где реки пересекают растущие поднятия, профили становятся ступенчатыми, невыра- ботанными. К выработанному продольному профилю стремятся все реки.

Рельеф русел. Рельеф самих русел, их дна находится в непрерывном изменении. Влекомый по дну и взвешенный обломочный материал — русловой аллювий — образует гряды различного типа, перемещаемые вниз по течению, размеры которых зависят от глубины русла, динамики водного потока, его режима и количества наносов. Самые маленькие формы (наноформы) представляют собой песчаную рябь, образующуюся на мелководье. Более крупные гряды — перекаты — пересекают русло реки под углом 20-30°. У крупных глубоководных рек их высота колеблется от нескольких до 10-15 ми более, а длина может достигать сотен метров и первые километры. В продольном профиле склон переката, обращенный против течения, пологий, а обращенный по течению — крутой (рис.

Рис. 6.3. Продольный профиль переката (по В. В. Иванову, В. Н. Коротаеву и др.)

Кроме перекатов выделяется еще целый ряд форм — песчаных волн, которые существуют самостоятельно или накладываются друг на друга (рис. 6.4).

Однако все они постоянно перемещаются, главным образом, вниз по течению, поэтому все время переформировываются.

При меандрировании река последовательно подмывает то один, то другой берег, таким образом производя боковую эрозию и расширяя долину Ширина долины зависит от ширины меандрового пояса. Последний измеряется шириной дна долины между вершинами смежных излучин (см. рис. 6.1 Б). Размеры излучин зависят от водности реки и уклонов русла. Чем крупнее река и больше уклоны русла, тем больше расстояние между вершинами излучин и между соседними излучинами. Если уклоны русла малы, то расстояния между излучинами сокращаются. Меандры свободно смещаются вниз по течению, при этом некоторые из них отмирают, образуя старицы — участки прежнего русла, оторванные от основного. Если же меандры врезаны, то это может свидетельствовать о происходящем тектоническом поднятии этого участка долины.

В меандрирующем русле прямолинейно направленный поток, ударяясь в вогнутый берег, подмывает и разрушает его с образованием обрыва (рис. 6.5), который постепенно отступает.

Возникающее винтообразное движение воды углубляет русло, и у вогнутого берега образуется плес — глубокий участок русла. В нем аккумулируется самый грубый и практически не окатанный материал, образующийся при разрушении берега. Менее крупный

материал донными поперечными струями переносится к противоположному выпуклому берегу, где и откладывается в виде валов, или грив, постепенно выступающих над водой. В результате на выпуклом берегу формируется и наращивается путем прислонения осадков прирусловая отмель (рис. 6.6).

Она сложена косослоистым песчано-гравийным у равнинных и га- лечниковым материалом у горных рек. Между плесами располагаются перекаты — мелководные участки русла в виде перемещающихся гряд, сложенных преимущественно песком у равнинных рек и галечником у горных, поступающим с плесовых участков. Таким образом, река перекатывается от одного берега к другому, расширяя долину, перенося и аккумулируя аллювий. При этом одновременно со смещением русла вниз по течению смещаются или наращиваются все его формы: плесы, перекаты, прирусловые отмели. Отложения плесов, прирусловых отмелей, перекатов и других русловых гряд представляют рг/словг/ю фацию[ аллювия, часто имеющую косую слоистость. Русловой аллювий выстилает дно долины в пределах меандрового пояса.

1 Фация — комплекс одновозрастных отложений одного генетического типа, отличающийся составом и условиями образования.

Рис. 6.6. Строение меандрирующего русла: а —в плане; 6 — в разрезе
/>

В прямолинейных руслах почти всегда имеются условия, отклоняющие ось потока от середины русла. Это выступы берега и мысы, оползневые массы, конусы выноса боковых притоков. Из-за этого так же, как и в меандрирующем русле, образуются участки размыва и аккумуляции с плесами и перекатами.

Источник